El instrumento del lenguaje (entrevista a Jeffrey T. Laitman)

El lenguaje, tal como lo practicamos, tal como platicamos, tiene poco de platónico. Las categorías abstractas de su semántica deben expresarse en rudos significantes, vocalizaciones detrás de las cuales hay todo un procesamiento motor que implica importantes áreas de la corteza cerebral y varios músculos, y un juego armónico en el que el aire expelido por los pulmones es esculpido en forma de sonidos en el flujo del habla.

La misma boca que da entrada al alimento, comenzando a digerirlo, y que sirve a la sexualidad a través de besos, succiones y otros movimientos, se abre y mueve para hablar. Participan de forma decisiva en el acto del habla los labios, los dientes, la lengua y el paladar. El aire que llega desde lo profundo de la caja torácica a la salida formada por las cavidades nasal y oral, pasa antes por la laringe, siendo transformado por las cuerdas vocales en un tono laríngeo, conjunto de frecuencias o armónicos que debidamente modulados por los movimientos bucales darán lugar a los diversos sonidos del habla.

La laringe humana tiene la peculiaridad de estar muy baja en el cuello, si la comparamos con la de otros mamíferos. Esto implica que podemos atragantarnos si tragamos y respiramos a la vez, cosa que no le sucede, por ejemplo, a nuestros cercanos parientes chimpancés que, al tener la laringe más alta, conectan la misma directamente con la cavidad nasal mientras por la bucal introducen el alimento. ¿Qué ventaja, pues, podría reportarnos una laringe tan baja, dado ese indudable inconveniente? Los bebés humanos son como los demás mamíferos en lo que a la localización de la laringe se refiere. Pero durante el desarrollo infantil la laringe desciende y, también, el lenguaje aflora. ¿Podría ser esta la razón evolutiva de esta peligrosa originalidad anatómica? ¿Qué tiene de particular una laringe más baja, que hace el habla posible, y con ella el lenguaje, tal como lo entendemos y usamos?

Jeffrey Laitman lleva muchos años investigando la forma y funcionalidad del aparato fonador de los humanos y, partiendo de los fósiles, la de las especies homínidas que nos precedieron. Sus estudios anatómicos de la flexión de la base del cráneo le han llevado a la conclusión de que los homínidos ancestrales, tales como los australopitecos o el Homo habilis, podían emitir sonidos no muy distintos de los emitidos por los chimpancés. Los neandertales, por otro lado, tendrían un tracto vocal poco apropiado para un lenguaje complejo, no pudiendo pronunciar algunas vocales, como la “a”, la “i” o la “u”.

De la anatomía del instrumento del lenguaje de nuestros antepasados han de extraerse las claves para comprender la evolución de su funcionamiento. Nuestra más elevada cualidad, el pensamiento simbólico, seguramente no habría podido surgir de no haber existido estructuras biológicas tan finamente adaptadas a la comunicación.

El Profesor Laitman ha tenido la amabilidad de respondernos unas preguntas, puestas en correcto inglés por el Sr. Guardia. Marzo puso en castellano las palabras de Laitman.

En ingles:

1. What makes our vocal tract so different to other species?

In mammals, the “vocal tract” is actually an anatomical component of a larger area know collectively as the “aerodigestive” tract. While all mammals have the same basic components – mouth, tongue, larynx (voice box), pharynx, nasal cavity, middle ear, etc – how these structures are arranged differs markedly in humans from most other mammals, including our close nonhuman primate relatives. Most dramatically, the relationship of the adult human larynx to other throat structures is very different. In most mammals, at all stages of development, the front of the larynx (the epiglottis) is able to overlap the soft palate, creating a direct airway “tube” from the back of the nasal cavity through the larynx and onto the lungs. Food can pass around this “interlocked” larynx, a mechanism that allows many mammals the ability to breathe and swallow foods at the same time. This has been referred to as the “two-tube” system, and is the “standard plan” for most mammals. Interestingly, newborn humans have this configuration as well, a feature that allows them to breathe while suckling. As we age, our larynx “disengages” from the soft palate, what some have called “the descent” of the larynx. The end product of this is a larynx far removed from the back of the nasal cavity. This produces a permanent separation of the larynx from the nasopharynx, and creates a permanent oropharynx; in other words, a large space now exists above the larynx. This can be dangerous as far as eating is concerned, as we now have the ability to easily get food accidentally lodged in the larynx. A positive gain is that we have a large, supralaryngeal portion of the pharynx within which the tongue and palate can now modify laryngeal sounds to a greater extent then most other mammals. Our laryngeal position gives us the anatomy for articulate speech.

2. How could our peculiar vocal tract evolve?

This is a crucial question in addressing how our genus and species came to be. As per reconstructions that my colleagues and I have done over the years, it is most likely that our early australopith ancestors had aerodigestive tracts, including “vocal” tracts, which were like those of living apes and monkeys. Their larynx was highly positioned and interlockable into the nasopharynx. There would be limited space above the larynx when disengaged to modify sounds as compared to living humans. The key question is what caused this basic pattern to change, and when may it have happened? What force or forces could have caused this change? While the answer is probably a matrix of factors, the prime generator may be based in our ancestor’s need to feed the respiratory system’s requirement for increased air-intake and oxygen. As our primary system is respiratory – we are air-breathing animals and this physiologic requirement supersedes all others – the underlying cause most likely involved changes to this system first. Such need could have been instigated by a series of evolutionary events that seminally affected our ancestors at this time. Prominent among these would have been the marked increase in brain size and arguably complexity with early members of Homo that could have concomitantly increased oxygen demands on the system. Increased brain size may also have structurally affected the cranial base, arguably causing internal flexion affecting laryngeal position. In addition, the necessity of short burst, or endurance, running on the African savannas in order to escape fast predators or chase equally fast prey may have become increasingly important.

Rather than redesign our nasal complex in order to capture additional oxygen – evolution could have endowed us with enormous noses and multiple conchae or highly muscled nares with the ability for “flaring” as in horses – we hypothesize that nature apparently tried a unique route: it permanently uncoupled the larynx from the nasopharynx, thus mandating a permanent and sizeable oropharynx. Such an arrangement would allow for oral respiration to take on an increasingly important role. Although the oral/oropharyngeal portal is not designed as an airway as is the nasal route - with its psuedostratified columnar ciliated epithelium suited to handling, humidification and treatment of ambient air - the temperate climate of Plio-Pleistoicene Africa may have been sufficiently benign as to not pose a threat to the sensitive linings of the pharynx.

Given all these factors, the larynx of our early Homo ancestors became lowered. So our system likely changed for purposes of breathing. Once changed, however, there would have been secondary benefits to the “vocal” tract as the lowered larynx would have offered increased and permanent space to modify sounds.

3. What did you find in bones of Neanderthals that made you reach the conclusion that they did not speak?

Based upon evidence from their basicranium, nasal cavity, paranasal sinuses and ear morphology, it appears that Neanderthals, particularly the late surviving western European group often referred to as the “Classic Neanderthals”, may have exhibited subtle, yet important, differences in their aerodigestive /vocal tract configuration and function as compared to ours. For example, their large noses and sinuses exhibit a number of features that may have been autapomorphic - i.e., uniquely derived – for Neanderthals and may relate to their increased need for the warming and humidification of dry, sometimes cold, air. Their larynges were also likely positioned higher in the throat than ours – a feature that may reflect relatively less reliance/importance on oral respiration compared to that shown by either living humans or direct ancestors of ours living contemporaneously with the Neanderthals. This would not be surprising in light of the harsh environment that many Neanderthals inhabited, and the ensuing damage to delicate pharyngeal mucosa that would occur should it be insulted regularly by cold or dry air. The higher laryngeal position would also mean that Neanderthals would have had a restricted area for sound modification compared to ours. Their “speech” may have lacked both certain universal vowels, due to this comparative restriction, as well as appearing more nasalized, due to the size and complexity of the enhanced nasal complex. This scenario has led some to conjecture that Neanderthal voices may have sounded to us as more “feminine” with a “singing quality” to their speech. Contrary to popular portrayal, our Neanderthal cousins were likely not “dumb brutes” – their brains were on average larger than ours. Rather, they were ancestral cousins that evolved along a different path. While humans and Neanderthals clearly had a common ancestor arguably over a half million years ago or earlier, the environmental forces placed on the Neanderthal lineage appears to have selected for a maximization of the nasal parameters of their upper respiratory systems in a very different manner than addressed by our own direct ancestors.

4. Jean-Louis Heim and David Frayer arrived, from the Neanderthal's fossils, to a conclusion opposite to yours about the speech of this species. Why do you think they come to a so different conclusion from the same or similar data?

Scientists use different methods and approaches to interpreting material, and, often arrive at different conclusions. Their assessments of cranial parameters have Neanderthals overlapping with extant human populations, whereas our data show Neanderthals to fall outside of ranges in measures that we see as crucial to interpreting the aerodigestive region.

Assessing Neanderthals is always complex – indeed, some see them as part of our own species, Homo sapiens, while many others see them as members of a distinct species, Homo neanderthalensis. My findings have led me to see them as a distinct species.

5. What do you think about the Neanderthal hyoid bone found in Israel?

The hyoid bone is a small, U-shaped bone that sits just above the larynx in the neck. In the early 1990s a hyoid of a Neanderthal was discovered in Kebara, Israel. Some scientists believed that based on its morphometrics, and general similarity to hyoids of living humans, that this meant that the entire vocal tract of this Neanderthal – and by extension all Neanderthals – would also be similar to modern humans.

Although an interesting hypothesis – that you could reconstruct the entire anatomy of the vocal apparatus from a hyoid – there was little data to support the usefulness of this approach.

6. How do we speak? How do we modulate sounds to shape words?

“Speaking” is a complex process that involves the intersection and interconnections of the brain/central nervous system and the vocal apparatus. In order to speak the way living humans can today – in other words, to have the ability for speech –both systems need to be functional.

The role of the “vocal” tract is to take sounds that are produced in the larynx by the vocal folds (vocal cords) and subsequently have the tongue, palate and associated muscles modify these initial (fundamental) frequencies. It is interesting to note – and not realized by most – that the larynx (often called the “voice box”), and vocal folds, did not evolve for the purpose of producing sounds. Indeed, the larynx and its vocal folds evolved to guard the airway to the lungs from entry by foreign objects, such as food. The vocal folds are a type of “sphincter” that serves as our main line of defense. A secondary role has become its ability to produce sounds that are then modified in the vocal tract.

7. What are you now working on?

My students, colleagues, and I are working on a number of projects exploring both the basic biology and development of the mammalian aerodigestive tract – from small animals like rodents to the largest of mammals, whales - and new ways to understand markers from the fossil record. Comparative studies in our lab are exploring the functional biology of paranasal sinuses using experimental models; developmental change in laryngeal position in human infants and its relationship to infantile diseases; and developmental and comparative primate morphology of the nasopharynx. On the evolutionary side, we are studying ways to assess aspects of the bony nasopharyx as indicators of change in hominid aerodigestive tract functions over time; relationships between Neanderthal respiratory anatomy and diseases, such as sleep apnea; and working with a multi-institutional group exploring changes in Eustachian tube function and evolution.

En castellano:

1. ¿Qué hace a nuestro tracto vocal tan diferente del de otras especies?

En los mamíferos, el “tracto vocal” es en realidad un componente anatómico de un área mayor conocida como el tracto “aerodigestivo”. Aunque todos los mamíferos tienen los mismos componentes básicos (boca, lengua, laringe, faringe, cavidad nasal, oído medio, etc), el cómo están dispuestas estas estructuras en los humanos difiere notablemente de la mayoría de los demás mamíferos, incluídos nuestros parientes próximos los primates no humanos. Lo más llamativo es que la relación de la laringe humana adulta con otras estructuras de la garganta es muy diferente. En la mayoría de los mamíferos, en todas las fases del desarrollo, la parte frontal de la laringe (la epiglotis) es capaz de solaparse con el paladar blando, creando un “tubo” que conduce directamente el aire desde la parte posterior de la cavidad nasal a la laringe y de ahí a los pulmones. El alimento puede pasar alrededor de esta laringe “enclavijada”, un mecanismo que proporciona a muchos mamíferos la capacidad de respirar y tragar alimento al mismo tiempo. Esto se ha llamado el sistema de “dos tubos”, y es el “plano estándar” para la mayoría de los mamíferos. Es interesante que los humanos recién nacidos tienen también esta configuración, un rasgo que les permite respirar mientras maman. Al crecer, nuestra laringe se “desconecta” del paladar blando, lo que algunos han llamado “el descenso” de la laringe. El resultado final es una laringe muy alejada de la parte posterior de la cavidad nasal. Esto produce una separación permanente entre la laringe y la nasofaringe, y crea una orofaringe permanente; en otras palabras, hay ahora un amplio espacio sobre la laringe. Esto puede ser peligroso al comer, pues ahora es fácil que accidentalmente quede alimento alojado en la laringe. Un resultado positivo es que tenemos una gran porción supralaríngea de la faringe dentro de la cual la lengua y el paladar pueden ahora modificar los sonidos laríngeos en mayor medida que la mayoría de los demás mamíferos. La posición de nuestra laringe nos proporciona la anatomía de la voz articulada.

2. ¿Cómo pudo evolucionar nuestro peculiar tracto vocal?

Es una pregunta crucial para determinar cómo llegaron a existir nuestro género y nuestra especie. Según reconstrucciones que a lo largo de los años hemos hecho mis colegas y yo, lo más verosímil es que nuestros antepasados australopitecinos tempranos tenían tractos aerodigestivos, incluídos los tractos “vocales”, que eran como los de los antropoides y monos actuales. Su laringe estaba en posición alta y podía conectar con la nasofaringe. Cuando estuviese desconectada, el espacio disponible sobre la laringe para modificar sonidos sería limitado en comparación con el de los humanos modernos. La pregunta clave es: ¿qué hizo que cambiase este patrón básico, y cuándo pudo haber ocurrido? ¿Qué fuerza o fuerzas pudieron causar este cambio? Aunque la respuesta es probablemente una matriz de factores, el principal puede haber sido la necesidad de proporcionar al sistema respiratorio un flujo incrementado de aire y oxígeno. Dado que nuestro sistema primario es el respiratorio (somos animales que respiran aire y este requisito fisiológico toma precedencia sobre todos los demás), lo más verosímil es que la causa subyacente involucrase en primer lugar cambios en este sistema. Una tal necesidad pudo haber sido instigada por una serie de eventos evolutivos seminales que afectaron a nuestros antepasados en esta época. Prominente entre estos habría sido el señalado incremento en tamaño y, probablemente, complejidad cerebrales en los miembros tempranos del género Homo, que podría haber aumentado concomitantemente la demanda de oxígeno. El aumento del tamaño cerebral puede también haber afectado estructuralmente a la base del cráneo, probablemente causando una flexión interna que afectaría a la posición de la laringe. Además, la necesidad de correr, ya cortas o largas distancias, en las sabanas africanas para huir de rápidos predadores o capturar igualmente rápidas presas puede haber sido cada vez más importante. En lugar de rediseñar nuestro complejo nasal para capturar más oxígeno (la evolución podría habernos dotado de enormes narices y múltiples cornetes, o narinas muy musculadas capaces de “abrirse”, como en los caballos) parece que la naturaleza ensayó una ruta sin igual: desacopló permanentemente la laringe de la nasofaringe, lo que produjo una orofaringe permanente y de considerable tamaño. Esta disposición permitió que la respiración oral adquiriese un papel cada vez más importante. Aunque el portal oral/orofaríngeo no está diseñado como paso de aire, a diferencia de la vía nasal con su epitelio ciliado columnar pseudoestratificado adecuado para el manejo, humidificación y tratamiento del aire ambiente, el clima templado de África en el Plio-Pleistoceno puede haber sido lo bastante benigno como para no representar una amenaza para los sensibles revestimientos de la faringe. Dados todos estos factores, la laringe de nuestros antepasados Homo tempranos descendió. Así que nuestro sistema probablemente cambió para fines de respiración. Una vez hecho el cambio, sin embargo, hubo beneficios secundarios para el tracto “vocal”, ya que el descenso de la laringe ofreció un aumento permanente de espacio para modificar sonidos.

3. ¿Qué halló usted en los huesos de los neandertales que le llevó a la conclusión de que no hablaban?

Según evidencia morfológica de su basicráneo, cavidad nasal, senos paranasales y oído parece que los neandertales, en particular el grupo europeo occidental reciente al que a menudo se llama los “neandertales clásicos”, pueden haber poseído sutiles, pero importantes, diferencias con nosotros en la configuración y función del tracto vocal/aerodigestivo. Por ejemplo, sus grandes cavidades nasales y senos paranasales muestran algunos rasgos que puede haber sido autapomórficos (esto es, derivaciones únicas) de los neandertales y pueden estar relacionados con su necesidad incrementada de calentar y humedecer aire seco y a veces frío. Sus laringes, además, estaban probablemente en una posición más alta en la garganta que las nuestras, un rasgo que puede reflejar una función relativamente menos importante de la respiración oral en comparación con los humanos actuales o con nuestros antepasados directos contemporáneos de los neandertales. Esto no sería sorprendente a la luz del duro entorno que habitaban muchos neandertales, y el consiguiente daño a la delicada mucosa faríngea que ocurriría si fuese regularmente atacada por aire frío o seco. La posición laríngea más alta significaría también que los neandertales habrían tenido un área para modificación de sonidos reducida en comparación con la nuestra. Su “habla” puede tanto haber carecido de algunas vocales universales, debido a esta comparativa restricción, como haber sido más nasalizada, debido al tamaño y complejidad de su mejorado complejo nasal. Esto ha llevado a la conjetura de que las voces de los neandertales podrían habernos sonado más “femeninas” y su habla con una cierta “cualidad musical”. En contra de su retrato popular, nuestros primos neandertales probablemente no eran “brutos bobalicones”; sus cerebros eran en promedio más grandes que los nuestros. Fueron primos ancestrales que siguieron un camino evolutivo diferente. Aunque humanos y neandertales tuvieron claramente un antepasado común probablemente hace más de medio millón de años o antes, las fuerzas ambientales aplicadas al linaje neandertal parecen haber seleccionado una maximización de los parámetros nasales de sus sistemas respiratorios altos de un manera muy distinta a la que siguieron nuestros antepasados directos.

4. A partir de fósiles de neandertales, Jean-Louis Heim y David Frayer han llegado a una conclusión opuesta a la suya respecto al habla en esta especie. ¿Por qué cree que han alcanzado una conclusión tan diferente a partir de los mismos o parecidos datos?

Los científicos usan diferentes métodos y enfoques para interpretar el material, y a menudo llegan a conclusiones diferentes. En sus evaluaciones de parámetros craneales los neandertales se solapan con poblaciones humanas actuales, mientras que nuestros datos muestran que los neandertales caen fuera de los rangos en medidas que consideramos cruciales para interpretar la región aerodigestiva.

Estudiar a los neandertales siempre es complejo; en efecto, algunos los consideran parte de nuestra propia especie, Homo sapiens, mientras que muchos otros los consideran miembros de una especie separada, Homo neanderthalensis. Mis hallazgos me han llevado a verlos como una especie distinta.

5. ¿Qué opina del hioides neandertal hallado en Israel?

El hioides es un huesecillo en forma de U situado en el cuello justo encima de la laringe. A principios de los años 90 se descubrió el hioides de un neandertal en Kebara, Israel. Algunos científicos creyeron que su morfometría y su similaridad general a los hioides de humanos vivientes significan que el tracto vocal completo de este neandertal (y por extensión de todos los neandertales) sería también similar al de los humanos modernos.

Aunque es una hipótesis interesante (que pueda reconstruirse la anatomía entera del aparato vocal a partir de un hioides), había pocos datos que apoyasen la utilidad de este enfoque.

6. ¿Cómo hablamos? ¿Cómo modulamos sonidos para formar palabras?

“Hablar” es un proceso complejo que involucra la intersección e interconexiones del cerebro/sistema nervioso central y el aparato vocal. Para hablar como pueden los humanos de hoy (en otras palabras, para tener la capacidad del habla) es preciso que ambos sistemas sean funcionales.

El papel del tracto “vocal” es tomar los sonidos producidos en la laringe por las cuerdas vocales y hacer que la lengua, el paladar y los músculos asociados modifiquen estas frecuencias iniciales (fundamentales). Es interesante notar (y muchos no se dan cuenta de ello) que la laringe, y las cuerdas vocales, no evolucionaron .con el fin de producir sonidos. En efecto, la laringe y sus cuerdas vocales evolucionaron para proteger a la vía aérea hasta los pulmones de la entrada de cuerpos extraños, como alimentos. Las cuerdas vocales son un tipo de “esfínter” que sirve como nuestra primera línea de defensa. Su capacidad de producir sonidos que luego se modifican en el tracto vocal es un papel secundario adoptado después.

7. ¿En qué trabaja ahora?

Mis estudiantes, mis colegas y yo estamos trabajando en varios proyectos que exploran tanto la biología básica y el desarrollo del tracto aerodigestivo de los mamíferos (desde animalillos como los roedores hasta los mayores mamíferos, las ballenas) y nuevos modos de entender los marcadores del registro fósil. Estamos explorando mediante estudios comparativos en nuestro laboratorio la biología funcional de los senos paranasales usando modelos experimentales; el cambio de la posición de la laringe durante el desarrollo en infantes humanos y su relación con enfermedades infantiles; y morfología comparada y del desarrollo de la nasofaringe en primates. En el aspecto evolutivo, estamos estudiando maneras de evaluar aspectos de la nasofaringe ósea como indicadores de cambios a lo largo del tiempo en las funciones del tracto aerodigestivo de los homínidos; relaciones entre la anatomía respiratoria de los neandertales y enfermedades, como la apnea durante el sueño; y trabajamos con un grupo multiinstitucional explorando cambios en la función y evolución de la trompa de Eustaquio.